(57)【要約】【課題】比誘電率を小さくかつ、機械的品質係数Ｑｍを大きくすることができると共に、電気機械結合係数ｋを大きくでき、鉛による環境上の問題が発生しない圧電セラミックスを提供することを目的とする。【解決手段】一般式（１−ｘ−ｙ）ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９−ｘＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９−ｙＢｉ３ＴｉＮｂＯ９で表され、ｘが０＜ｘ＜０．２、ｙが０＜ｙ＜０．５の組成範囲にあるセラミックスを主成分とし、副成分としてＺｒＯ２を主成分に対し、重量比で５０〜１０００ｐｐｍ添加する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式
（１−ｘ−ｙ）ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９−ｘＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９−ｙＢｉ３ＴｉＮｂＯ９
で表され、ｘが０＜ｘ＜０．２、ｙが０＜ｙ＜０．５の組成範囲にあるセラミックスを主成分とし、副成分としてＺｒＯ２を主成分に対し、重量比で５０〜１０００ｐｐｍ添加することを特徴とする圧電セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックレゾネータ、セラミックフィルタ、温度センサ等に用いられる圧電セラミックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電セラミックスに、ＰＺＴと呼ばれるＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３固溶体のＭＰＢ（ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ  ｐｈａｓｅ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）近傍組成系のものがある。この様な組成系の圧電セラミックスは、安価で電気的特性が良いため、様々な電子部品に用いられている。
しかしながら、この種の圧電セラミックスは、鉛を大量に含有しているため、製造過程の焼成溶融等の熱処理時に大気中に鉛が放出されたり、電子部品の形で市場に出回った後、これら電子部品が廃棄される際にも土壌中に鉛が放出されたりして鉛の環境に与える影響が問題となり、工業的利用が禁止又は制限されるようになってきている。
また、近年、電気信号がアナログからデジタルへの変換が急速に行われているため、電子部品の使用範囲が高周波領域に広がりつつあり、比誘電率が１０００以下と小さく、機械的品質係数Ｑｍが２０００以上と大きい圧電セラミックスの要求が高まってきている。
この様な状況の中、鉛を含有せず、比誘電率が小さく、機械的品質係数Ｑｍが大きい材料として、ビスマス層状構造強誘電体が注目されている。（例えば、特許文献１、２を参照。）
【特許文献１】特開２００２−１４５６６９号公報
【特許文献２】特開２００１−２９４４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ビスマス層状構造強誘電体は、比誘電率が小さく、機械的品質係数Ｑｍが大きくても、電気機械結合係数ｋが小さかった。
【０００４】
本発明は、比誘電率を小さくかつ、機械的品質係数Ｑｍを大きくすることができると共に、電気機械結合係数ｋを大きくでき、鉛による環境上の問題が発生しない圧電セラミックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧電セラミックスは、ビスマス層状構造強誘電体の一種であるＳｒ−Ｂｉ−Ｎｂ系セラミックスとＮｄ−Ｂｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスとＢｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスとを固溶することにより前述の課題を解決するものである。
本発明の圧電セラミックスは、一般式（１−ｘ−ｙ）ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９−ｘＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９−ｙＢｉ３ＴｉＮｂＯ９で表され、ｘが０＜ｘ＜０．２、ｙが０＜ｙ＜０．５の組成範囲にあるセラミックスを主成分とし、副成分としてＺｒＯ２を主成分に対し、重量比で５０〜１０００ｐｐｍ添加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の圧電セラミックスは、一般式（１−ｘ−ｙ）ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９−ｘＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９−ｙＢｉ３ＴｉＮｂＯ９で表され、ｘが０＜ｘ＜０．２、ｙが０＜ｙ＜０．５の組成範囲にあるセラミックスを主成分とし、副成分としてＺｒＯ２を主成分に対し、重量比で５０〜１０００ｐｐｍ添加することで、比誘電率を小さくかつ、機械的品質係数Ｑｍを大きくすることができると共に、電気機械結合係数ｋを大きくできる。また、本発明の圧電セラミックスは、鉛を含有しないので、製造過程や電子部品が廃棄される際に鉛が放出されることがなく、環境上の問題が生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の圧電セラミックスは、Ｓｒ−Ｂｉ−Ｎｂ系セラミックスに、Ｎｄ−Ｂｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスとＢｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスを固溶させる。Ｎｄ−Ｂｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスとＢｉ−Ｔｉ−Ｎｂ系セラミックスの固溶量によって、電気機械結合係数ｋを調整することができる。また、副成分として添加するＺｒＯ２の量によっても電気機械結合係数ｋを調整することができる。
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の圧電セラミックスの実施例について説明する。
まず、本発明による圧電セラミックスの製造方法について説明する。ＳｒＣＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｎｄ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の原料粉末を所定の組成となるように秤量し、ボールミル等を用いて２０時間湿混合した。これらの混合粉末を７５０〜１０００℃で仮焼し、この仮焼物を平均粒径が１μｍ以下になるように粉砕した。この粉砕物を乾燥した後、これにバインダーを加え、造粒、成形し、焼成することにより本発明による材料を得た。
【０００９】
本発明による圧電セラミックスの特性の測定は、前述の圧電セラミックスを成形、焼成した６．９ｍｍ×６．９ｍｍの角板状の磁器を厚さが０．１〜０．５ｍｍになる様に研磨した後、両面に銀電極を形成し、次いで、絶縁オイル中において、温度が８０〜２５０℃、電界が３〜１５ｋＶ／ｍｍ、時間が１〜３０分の条件で一度分極処理をした後、逆方向から分極処理をし、さらに、銀電極をエッチングした磁器に直径０．５〜１．５ｍｍの円電極を形成して評価サンプルを得て行った。この特性の測定は、共振・反共振法を利用して行い、周波数定数が４３００Ｈｚ・ｍ付近の厚み縦高調波振動の電気機械結合係数ｋと機械的品質係数Ｑｍを算出した。
【００１０】
ａ）図１に、圧電セラミックスにおけるＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘとＢｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙについて評価サンプルを作成し、検討した結果を示す。
結果、ＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘを０＜ｘ＜０．２かつ、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙを０＜ｙ＜０．５、にした時、周波数定数が４３００Ｈｚ・ｍ付近の厚み縦高調波振動の電気機械結合係数ｋと機械的品質係数Ｑｍが最大となる条件を得た。
ｂ）つぎに、図２に、ａ）で得られた条件の原料粉末に副成分であるＺｒＯ２の原料粉末の添加量を変えた時の特性を測定した結果を示す。ただし、この時のＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘをｘ＝０．０６５、かつ、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙをｙ＝０．２８とした。試料Ｎｏ．の×印は本発明の範囲外のものであることを示す。
結果、ＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘを０＜ｘ＜０．２、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙを０＜ｙ＜０．５の主成分に対し、ＺｒＯ２の添加料を重量比で１００〜１０００ｐｐｍの範囲内にすることで、比誘電率が２００以下となり、機械的品質係数Ｑｍを２５００以上、電気機械結合係数ｋを１３％以上にすることができた。
【００１１】
また、図３に、周波数−インピーダンス特性を示す。
波形Aは図２の試料Ｎｏ．10を示す本発明の特性であり、波形Ｂは図１の試料Ｎｏ．8を示す。このように、波形Ａは波形Bよりインピーダンス特性において、周波数定数が４３００Ｈｚ・ｍ付近の厚み縦高調波振動の電気機械結合係数ｋと機械的品質係数Ｑｍが大きいことが判る。さらに、周波数定数が４３００Ｈｚ・ｍ付近の厚み縦高調波振動付近におけるスプリアスがなく、エネルギー閉じ込めを可能であることが判る。
【００１２】
このように、本発明の圧電セラミックスは、ＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘの値が０＜ｘ＜０．２、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙの値が０＜ｙ＜０．５の範囲であり、副成分としてＺｒＯ２を主成分に対し、重量比で５０〜１０００ｐｐｍの範囲内に添加することにより、比誘電率を小さく、かつ、良好な電気機械結合係数ｋ、機械的品質係数Ｑｍを得ることができる。
【００１３】
以上、本発明の圧電セラミックスの実施例を述べたが、これら実施例に限られるものではない。例えば、ビスマス層状強誘電体が主結晶構造となっていればよく、一部に、ペロブスカイト構造やパイロクロア構造が副結晶構造として含まれていてもよい。また、ＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９のＮｄに変わって、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ等の希土類金属や、それらを複合したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＮｄＢｉ２ＴｉＮｂＯ９の置換量ｘを０＜ｘ＜０．２かつ、Ｂｉ３ＴｉＮｂＯ９の置換量ｙを０＜ｙ＜０．５、にした時の圧電セラミックスの特性を示す。
【図２】本発明の圧電セラミックスの特性を説明するための特性の表である。
【図３】本発明の圧電セラミックスの特性を説明するための周波数−インピーダンス特性である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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